KR101010273B1 - 초전도 선재 접합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 선재 접합장치에 관한 것으로서, 상세하게는 초전도 선재를 접합시키는 접합장치에 있어서, 접합하고자 하는 초전도 선재를 삽입할 수 있는 홈이 형성된 지지부와; 상기 홈에 삽입된 초전도 선재를 가열 및 가압하여 솔더링 접합하는 가열부와; 상기 가열부가 초전도 선재를 가압하는 힘을 조절하도록 상기 가열부 상부에 하중 증감조절이 가능하게 결합하는 가압조절부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 이에 의하여 초전도 선재를 접합하는 시간이 단축되고 접합길이에 따라 결합 처리된 납땜의 두께가 일정하여 접합저항을 최소화할 수 있으며, 접합부위의 가열온도나 가압력을 조절할 수 있어 초전도 선재의 종류에 적합한 가열온도와 가압력을 선택하여 최적의 접합을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 초전도 선재의 접합부위의 형상에 맞는 가열날로 교체가능하므로 다양한 형상의 접합을 수행할 수 있다.

초전도, 선재, 접합, 솔더링, 납땜, 홈, 하중, 가열, 섬유강화플라스틱

Description

초전도 선재 접합장치{Soldering device of superconducting tapes}

본 발명은 초전도 선재 접합장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 테이프 형상의 초전도 선재를 상호 납땜으로 접합하도록 가열 및 가압할 수 있는 초전도 선재 접합장치에 관한 것이다.

종래 초전도 선재를 접합할 때 일반적으로 인두를 사용하였다.

초전도 선재는 중간에 다수개의 초전도 필라멘트(Bi2223계)가 매설되고 외측으로 도전성 금속(스테인레스나 황동 등)이 형성된 다층구조를 가지며, 보통 사용하기 용이하도록 테이프 형상으로 제작된다.

그런데 초전도 선재를 연결할 때 보통 접합재료(땜납)로 은납을 녹여 납땜함으로써 상호 접합하는데, 이러한 작업은 인두를 사용하여 실시한다.

또한 초전도 선재와 같은 도체는 민감하기 때문에 인두로 가열하여 연결할 때 가열온도가 중요하여 온도조절이 되는 인두를 사용하기도 한다.

그러나 초전도 선재의 연결은 단순히 전류의 통전 목적도 있지만 더 중요한 것은 접합저항을 최소화하면서 연결하는 것이다.

보통 도체를 솔더링 재료로 연결하면 접합부분에서 줄(Joul)열이 발생하여 전류의 흐름을 방해하는 접합저항이 커진다.

초전도 선재의 경우에도 접합저항으로 인해 최대 임계전류값이 작아지는 문제가 발생한다. 이러한 접합저항을 최소화하기 위해서는 가능한 연결하고자 하는 초전도 선재의 상호 접합(중첩)되는 길이를 길게 하거나 접합에 사용되는 땜납의 두께를 줄이는 방법이 있다.

그러나 인두를 사용하여 두 초전도 선재를 연결하고자 하는 경우 상호 접합되는 길이를 길게 하면 납땜에 걸리는 시간이 증가하고 납땜하기 어려운 점이 많다.

뿐만 아니라 접합재료로 사용되는 땜납이 균일하게 배분되어 납땜이 이루어지지 못하므로 접합길이에 따라 땜납의 두께가 일정하지 않게 되고 이것은 불연속적인 접합을 발생시켜 접합저항의 증가를 가져온다.

심지어 여러 가닥을 접합하는 경우 접합시 인접한 다른 가닥의 일부가 떨어지거나 이탈되는 문제가 발생하고 수리, 보수의 문제가 발생하기도 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 본 발명의 목적은 두 초전도 선재를 단시간 내에 가열 및 가압하여 한 번에 접합하고, 접합길이에 따라 처리된 납땜의 두께가 균일한 초전도 선재 접합장치를 제공하는 것이다.

다른 목적은 초전도 선재의 접합부위를 가열하는 온도 및 가압하는 힘을 조절할 수 있는 초전도 선재 접합장치를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 초전도 선재를 가열하고 가압하는 부분을 다른 형상으로 교체가능한 초전도 선재 접합장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 초전도 선재를 접합시키는 접합장치에 있어서, 접합하고자 하는 초전도 선재를 삽입할 수 있는 홈이 형성된 지지부와, 상기 홈에 삽입된 초전도 선재를 가열 및 가압하여 솔더링 접합하는 가열부와, 상기 가열부가 초전도 선재를 가압하는 힘을 조절하도록 상기 가열부 상부에 하중 증감조절이 가능하게 결합하는 가압조절부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 가열부는 열을 발생시키는 전열기와, 상기 전열기에 결합되어 초전도 선재를 가열 및 가압하도록 상기 전열기에 의해 가열되고 상기 홈에 밀착, 삽입되는 돌출된 형상의 가열날로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 가열날은 상기 홈의 형상에 대응하여 상기 전열기에 교 체가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 가열날은 단면이 '┳'형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전열기에는 상기 전열기의 가열온도를 조절할 수 있는 온도조절기가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 가압조절부는 상기 가열부 상부에 결합되는 고정축과, 상기 고정축에 삽입되어 상기 가열부에 하중을 가하는 하중추로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 지지부에는 다양한 폭의 초전도 선재를 삽입할 수 있도록 다양한 폭을 가지는 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 지지부는 단열재인 섬유강화플라스틱(FRP)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성에 의한 본 발명의 효과는 초전도 선재를 접합하는 시간이 단축되고 접합길이에 따라 결합 처리된 납땜의 두께가 일정하여 접합저항을 최소화할 수 있으며 이로 인해 임계전류의 감소를 방지한다.

또 접합부위의 가열온도나 가압력을 조절할 수 있어 초전도 선재의 종류에 적합한 가열온도와 가압력을 선택하여 최적의 접합을 수행할 수 있다.

뿐만 아니라 초전도 선재의 접합부위의 형상에 맞는 가열날로 교체가능하므로 다양한 형상의 접합을 수행할 수 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 초전도 선재 접합장치를 나타내는 사시도이다.

본 발명의 구성은 지지부(10)와, 가열부(20)와, 가압조절부(30)로 이루어진다.

먼저 상기 지지부(10)는 접합연결하고자 하는 초전도 선재(s)를 고정할 수 있는 것으로 도시된 바와 같이 일정두께를 가지는 직사각형의 평판이다.

상기 지지부(10)에는 일정한 폭의 홈(12)이 형성되어 있는데 상기 홈(12)에 초전도 선재(s)가 삽입되기 때문에 상기 홈(12)의 폭은 초전도 선재(s)의 폭에 대응하게 형성된다.

또한 상기 홈(12)의 길이는 초전도 선재(s)가 상호 접합되도록 포개어 지는 부분의 길이가 확보되도록 그 이상이 되어야 하며 상기 홈(12)의 깊이도 초전도 선재(s)의 중첩된 두께보다 큰 것이 적절하다.

바람직하게는 초전도 선재(s)의 폭이 다양하므로 거기에 맞는 다양한 폭을 가지는 다수개의 홈(12)이 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 지지부(10)의 재질은 후술하는 가열부(20)에 의해 가열되므로 열을 차단하는 단열재로 이루어지는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 열차단 효율이 우수한 섬유강화플라스틱(FRP)이 좋다.

다음으로 본 발명의 핵심에 해당되는 상기 가열부(20)에 대해 도 2와 도 3을 참조하여 자세히 설명하고자 한다. 도 2는 도 1에 도시된 가열부를 나타내는 사시도, 도 3은 본 발명의 가열날의 다양한 실시 예를 나타내는 단면도이다.

상기 가열부(20)는 전열기(22)와 가열날(24)로 구성된다.

상기 전열기(22)는 고온의 열을 발생시키는 것으로서 도시된 것처럼 직육면체의 블록형상을 가지며 내부에 열선(미도시)이 내설되어 있다. 상기 열선은 열선홀(22a)을 통해 전선과 연결되어 전원을 공급받아 열을 발생시킨다. 공지된 구성이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

그리고 상기 가열날(24)은 상기 전열기에서 발생된 열을 전달받아 실제 접합을 수행하는 구성으로서 도시된 바와 같이 단면이 '┳' 형상을 이루어 돌출된 부분이 상기 홈(12)에 삽입된다. 즉 상기 홈(12)에 대응하는 폭을 가지고, 연결하고자 하는 초전도 선재(s)의 포개어진 부분의 길이에 해당하는 만큼의 길이를 가진다.

상기 가열날(24)은 또한 상기 전열기(22)에 탈부착 가능하게 결합되어 있어서 다른 종류의 가열날(24)로 교체가능하다. 일반적인 볼트(24a)로 교체가능하게 체결하면 바람직하다.

뿐만 아니라 상기 가열날(24)은 도 3에 도시된 바와 같이 다양한 형상을 가질 수 있다. 즉 상기 지지부(10)에 형성된 홈(12)의 형상에 대응하도록 평평하거나 오목하거나 볼록한 형상 등을 가질 수 있다.

상기 가열날(24)의 재질은 일정한 강도와 내열성을 가지고 열전달이 잘 일어나는 스틸이 적합하다.

참고로 상기 전열기(22)는 고온의 열을 발생되므로 주위의 작업자를 보호하기 위해 단열 케이스(26)로 상기 전열기(22)를 감싸는 것이 바람직하며, 상기 단열 케이스(26)는 열에 견디면서 열을 차단하는 재질로 이루어지는 것이 좋다.

한편, 상기 전열기(22)는 가열온도를 조절하도록 온도조절기(40)가 더 구비되는 것이 바람직하다.

다음으로 상기 가압조절부(30)는 상기 가열부(20)의 상부에 결합되어 상기 가열부(20)를 가압하는 기능을 한다. 다시 말해 상기 가열부(20)를 눌러 상기 가열날(24)이 상기 홈(12)에 삽입된 초전도 선재(s)를 일정이상의 압력으로 누르면서 접합재료(납, 은납, 인듐, 인듐비스무스 등)를 균일하게 퍼지게 하는 동시에 잘 접합되게 한다.

상기 가압조절부(30)는 상기 가열부(20)를 가압하는 힘을 조절할 수 있는 구성이면 어느 것이나 무방한데, 본 발명에서는 고정축(32)과 하중추(34)로 이루어질 수 있다.

상기 고정축(32)은 상기 전열기(22) 상측에 고정되는 것으로 봉 형상을 가진다.

또한 상기 하중추(34)는 일정한 질량을 가지고 원기둥 형상으로 이루어지며 중앙에 상기 고정축(32)이 관통삽입될 수 있는 구멍이 있다.

작업자가 상기 하중추(34)를 상기 고정축(32)에 삽입하는 개수를 증가시킴에 따라 상기 가열부(20)가 상기 홈(12)에 삽입된 초전도 선재(s)를 가압하는 압력이 증가하게 된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 사용상태를 간략하게 언급하고자 한다.

이미 설명한 바와 같이 상기 지지부(10)에 형성된 홈(12) 중에 상호 접합하고자 하는 초전도 선재(s)의 폭에 적합한 홈을 선정하고 그 홈(12)에 초전도 선재(s)를 서로 중첩되도록 안착시킨다. 이때 마주하는 초전도 선재(s)의 면에는 최소량의 접합재료가 땜이 되어 있는 상태이다.

작업자는 상기 온도조절기(40)를 켜고 적절한 온도를 조절한 다음 상기 전열기(22)가 일정온도까지 가열되도록 기다린 다음 가열된 상기 가열날(24)이 상기 홈(12)에 삽입되어 밀착되도록 상기 가열부(20)를 상기 지지부(10)에 올려놓는다.

그리고 상기 고정축(32)에는 상기 가열부(20)의 가압력을 고려하여 상기 하중추(34)를 다수 개 삽입, 고정한다.

이렇게 함으로써 상기 '┳'형의 가열날(24)이 포개어진 초전도 선재(s)를 가압한 상태에서 가열하여 접합재료가 균일한 두께를 유지하는 동시에 깨끗하게 접합이 이루어지므로 접합으로 인한 전기저항이 최소화될 수 있다.

일정시간 후 설정 온도를 낮추어 상기 초전도 선재(s)의 접합부가 냉각되어 굳어지면 상기 하중추(34)를 분리하고 상기 가열부(20)를 옮기면 접합이 완료된다.

만일 초전도 선재(s)의 접합부의 형상에 굴곡이 있다면, 예를 들어 코일형상의 초전도 선재(s)의 경우 그에 대응하는 가열날(24)을 사용하여 접합을 수행할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서 도면을 참조하여 설명한 것은 본 발명의 일 실시 예에 지나지 않으므로 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하의 특허청구범위에 의해 결정되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 초전도 선재 접합장치를 나타내는 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 가열부를 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명의 가열날의 다양한 실시 예를 나타내는 단면도.

<< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >>

10 : 지지부 12 : 홈

20 : 가열부 22 : 전열기

22a : 열선홀 24 : 가열날

24a : 볼트 26 : 단열케이스

30 : 가압조절부 32 : 고정축

34 : 하중추 40 : 온도조절기

s : 초전도 선재

Claims (8)

1. 초전도 선재(s)를 접합시키는 접합장치에 있어서,

   접합하고자 하는 초전도 선재(s)를 삽입할 수 있는 홈(12)이 형성된 지지부(10);

   상기 홈(12)에 삽입된 초전도 선재(s)를 가열 및 가압하여 솔더링 접합하는 가열부(20);

   상기 가열부(20)가 초전도 선재(s)를 가압하는 힘을 조절하도록 상기 가열부(20) 상부에 하중 증감조절이 가능하게 결합하는 가압조절부(30);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 선재 접합장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열부(20)는,

   열을 발생시키는 전열기(22)와, 상기 전열기(22)에 결합되어 초전도 선재(s)를 가열 및 가압하도록 상기 전열기(22)에 의해 가열되고 상기 홈(12)에 밀착, 삽입되는 돌출된 형상의 가열날(24)로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재 접합장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 가열날(24)은 상기 홈(12)의 형상에 대응하여 상기 전열기(22)에 교체 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재 접합장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 가열날(24)은 단면이 '┳'형상을 가지는 것을 특징으로 하는 초전도 선재 접합장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 전열기(22)에는 상기 전열기(22)의 가열온도를 조절할 수 있는 온도조절기(40)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재 접합장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 가압조절부(30)는 상기 가열부(20) 상부에 결합되는 고정축(32)과, 상기 고정축(32)에 삽입되어 상기 가열부(20)에 하중을 가하는 하중추(34)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 선재 접합장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 지지부(10)에는 다양한 폭의 초전도 선재(s)를 삽입할 수 있도록 다양한 폭을 가지는 홈(12)이 형성된 것을 특징으로 하는 초전도 선재 접합장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 지지부(10)는 단열재인 섬유강화플라스틱(FRP)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 선재 접합장치.

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